超高压变质岩的塑性流变学

岩石流变作用是大陆造山作用的基本特征,超高压岩石的形成和折返过程也是大陆深俯冲带内物质的复杂流变过程。要深入理解大陆造山带的造山作用和大陆壳岩石的深俯冲和折返动力学过程,必须对大陆地壳及地幔岩石的流变学进行深入研究。岩石圈流变学的主要研究内容主要包括流变学分层性、变形分解和应变局部化及大陆壳岩石部分熔融作用的流变学效应等。应用岩石圈流变学的基本原理和方法,分析了大别-苏鲁超高压变质带中超高压变质岩的塑性流变特点,探讨了超高压变质岩形成和折返过程的塑性流变学。     

大陆岩石圈的流变学性质和矿物中的水

评述了近些年来岩石圈(尤其是大陆岩石圈)流变学研究中的主要进展。这些研究中最重要的一个发现是水的存在可以显著地增强岩石的变形,从而对其流变性质产生明显影响。大陆岩石圈的流变性质比大洋岩石圈要复杂得多,尤其是较深处的下地壳和岩石圈地幔之间流变性质的对比和差异成为近些年来人们争执较大的问题。大陆岩石圈的流变性质可能具有显著的不均一性,不仅体现在垂向上,也体现在横向上。根据流变学实验研究的进展和对深部壳幔捕虏体中主要构成矿物结构水含量的测定,对华北克拉通深部岩石圈的流变性质进行了定量计算。结果表明华北克拉通在重力梯度带两侧的岩石圈有着截然不同的流变特征,这种差异可能对两侧不同的岩石圈动力学过程有重要的影响。     

深俯冲和折返动力学:来自中国大陆科学钻探主孔及苏鲁超高压变质带的制约

中国大陆科学钻探工程和苏鲁高压-超高压变质带为大陆岩石圈的深俯冲与折返动力学的研究提供了以下制约:(1)苏鲁高压/超高压变质地体迭置于南、北苏鲁两个不同时代及属性的基底之上;(2)苏鲁巨量表壳岩石深俯冲至200km以下的上地幔深度,并经历超高压变质作用;(3)根据不同类型超高压变质岩石锆石的SHRIMP-U/Pb原位精确定年,获得超高压变质岩石的深俯冲-折返全过程(240～252Ma→230～237Ma→207～218Ma)时限.并建立了新的深俯冲-折返全过程的P-T-t轨迹;(4)富钛铁的辉长岩在大陆地壳的深俯冲过程中,经历了超高压变质作用并转变成了富含金红石的榴辉岩,形成了超高压变质的钛矿床;(5)通过榴辉岩和石榴石橄榄岩的显微构造分析及石榴石、绿辉石和橄榄石EBSD测量,确定深俯冲过程中绿辉石和橄榄石的组构运动学和流变学特征;(6)在大陆的深俯冲过程中,强烈水化的陆壳岩石经历了进变质脱水过程,巨量的地表水带入到＞100～200Km的地幔深处,在超高压变质峰期的极端条件下,通过含水超高压变质矿物的分解形成超临界的含水熔体,导致有效的壳-幔物质交换和岩石圈物质分异;(7)苏鲁超高压变质地体在折返阶段形成挤出纳布构造,与岩石圈深俯冲管道流的折返挤出机制有关;(8)提出新的深俯冲-折返动力学模式:陆.陆碰撞的深俯冲剥蚀模式及大陆地壳多重性、分层型和穿时性的俯冲和折返模式.     

大陆下地壳麻粒岩的流变学研究进展

大险下地壳麻粒岩的流变学研究可以解释地壳变形、壳幔物质交换以及岩石圈深部动力学过程等科学问题.前人通过研究各矿物的显微构造变形特征与变形机制,运用广义混合流变律探讨多矿物复合岩石的流变性质,结合水与流体对岩石变形强度的弱化作用,阐明在大陆下地壳变形环境下复矿麻粒岩的塑性变形和韧性流变性质.目前人们致力于对天然变形岩石和...     

超越板块构造——我国构造地质学要做些什么?

对近十年来全球构造学和构造地质学的重要进展进行了简要评述.30年前建立的全球构造理论改变了人们对地球及其演化的认识.作为固体地球统一理论的板块构造主要涉及刚性板块边界之间的变形、地震活动和火山作用.至今还没有完整理论阐明板块运动的驱动力和地幔对流机制.板块边界和板内变形等许多问题仍然无法回答.大陆岩石圈和大洋岩石圈在成分、厚度和力学强度方面有明显的差别, 因此现有板块构造不完全适合于大陆构造.大陆地壳和地幔流变学的综合研究是认识大陆构造和超越板块构造的最佳途径.流变学是大陆造山带几何学和动力学的桥梁.大陆岩石圈对构造作用、重力作用和热作用的响应在很大程度上取决于其流变强度.岩石圈流变性质是岩石圈分层和塑性流动的主导因素.大量透入性变形和巨型大陆造山带内部构造显示非刚性特征.大陆构造和力学行为主要由地壳强度而不是地幔强度所控制.从大陆岩石圈多层性和力学强度不均匀性表征看, 现在是抛弃传统“三明治”构造模式的时候了.面对地球系统科学和地球动力学新思维发展趋势, 多学科综合研究大陆构造(造山带)和加速高水平构造地质学人才的培养是我国构造地质学发展的最紧迫任务      

岩石圈流变学：一种研究地球深部岩体变形的新方法

岩石圈流变学是大陆岩石变形的主导因素之一,是一种研究地球深部岩体变形的新方法。简要介绍流变学对大陆动力学研究的影响,并对当前流变学研究进展进行评述。岩石圈流变学在岩石圈地层、造山带和大型盆地动力学和动力学特征研究中的应用非常广泛。近年来,岩石圈流变学在脆-塑性转换、岩石流变含水性、“三明治”结构及岩石流变律等方面有重大进展。最后,指出目前岩石圈流变学还存在一些亟待解决的问题,如时间因素。     

全球典型大陆造山带中榴辉岩的折返机制:来自变质岩和地球物理的限制

大陆岩石圈深俯冲作用是地球科学领域的前沿热点,榴辉岩的折返机制是板块构造及动力学的关键科学问题。全球著名的大陆造山带中榴辉岩的p-T轨迹呈现差异性折返特征,为了揭示榴辉岩的折返机制,本文结合变质岩石学和地球物理学研究,选取3个典型大陆造山带——中生代—新生代的阿尔卑斯造山带、中生代的苏鲁—大别造山带和新生代的喜马拉雅造山带中的榴辉岩进行阐述。在阿尔卑斯造山带地区,地球物理研究结果发现,欧洲板块的俯冲造成了Adria地区下方的岩石圈存在明显厚度差异。同时,阿尔卑斯造山带Doria Maria和Pohorje地区以及Pohorje地区内部,榴辉岩折返历史也不尽相同,原因可能是亚德里亚大洋岩石圈断离后不同期次的逆冲推覆作用使其差异性斜向挤出。苏鲁—大别造山带中榴辉岩的快速折返,原因可能是华南板块与华北板块碰撞后岩石圈的拆沉或断离作用。在喜马拉雅造山带,西构造结和中喜马拉雅榴辉岩的折返存在差异性。在西构造结,那让和卡甘榴辉岩呈现不同的p-T轨迹和折返速率,变质岩石学和地球物理研究结果都表明它们的差异性折返很可能与印度-欧亚大陆碰撞过程中的构造挤压作用以及印度大陆岩石圈的断离作用有关。喜马拉雅造山带是年轻的正在进行造山活动的造山带,相较于古老的苏鲁-大别造山带,它更适合变质岩石学和地球物理学的综合研究。因此西构造结高压/超高压榴辉岩的折返机制——构造挤压和俯冲板块断离可应用于全球造山带。     

地震波各向异性：窥测地球深部构造的“探针”

地震波各向异性日益成为不可忽视的地质地球物理现象。地球内部不同圈层（地壳、地幔和地核）都存在着地震波各向异性，并表现为不同的规模（小到单矿物和岩石，大到地体甚至上地幔）和强度。通过地震波各向异性可以间接获取岩石圈厚度、地球深部结构与构造变形、地球动力学和地幔对流等信息。主要从地震波各向异性的表现形式、原因及地质地球物理意义等方面对近年来大洋俯冲带、大陆裂谷、地幔转换带和大陆碰撞造山带（青藏高原）等构造环境中的研究成果进行了评述，讨论了各向异性[JP2]研究中需要重视的几个问题：①剪切波分辨率；②矿物组构研究；③其它各向异性成因机制。还强调了各向异性研究与流变学、高温高压岩石物理实验相结合的新方向。     

超高压变质岩的塑性流变：显微构造和变形机制

超高压变质岩是大陆深俯冲作用的产物。超高压变质岩在深俯冲和快速折返过程中,经历了长距离地构造搬运和构造力的作用。其构造变形主要集中在韧性剪切带中,并发生强烈地塑性流变。研究超高压变质构造岩的显微构造及其变形机制对于深入了解大陆壳岩石在深俯冲过程中的流变学行为有十分重要的意义,山东仰口的超高压韧性剪切带中榴辉岩质和花岗质糜棱岩记录了超高压变形的历史。在超高压条件下的稳定矿物绿辉石、多硅白云母、兰晶石和钾长石具有不规则波状消光、亚晶界、核幔构造和动态重结晶等显微构造特征,TEM 研究揭示了大量的位错构造,表明位错蠕变是其主要的变形机制。在花岗质糜棱岩中,金红石在刚性矿物的压力影中沉积,细粒的石榴石条带平行片理延伸,都说明超高压变形过程中有流体存在,流体助力的物质扩散迁移是又一个重要的变形机制。依据现有的流变学定律估算的流变应力应该在几十兆帕以上。     

中国大陆岩石圈壳幔韧性剪切带系统

众多地震测深剖面的地质构造解析显示,大陆岩石圈存在既有显著差异又有密切联系的两套断裂系统,即以地壳表层脆性剪切带为主的浅层断裂系统和以切割莫霍界面的壳幔韧性剪切带为主的深部断裂系统。根据地震测深速度结构特征,结合深部构造岩石地球化学的综合研究,将切割莫霍界面或壳幔过渡带的壳幔韧性剪切带划分为三类(俯冲带、缝合带和剪切带)五型(大陆岩石圈边缘海沟俯冲带、大陆岩石圈碰撞缝合带、挤压型壳幔韧性剪切带、伸展型壳幔韧性剪切带和走滑型壳幔韧性剪切带)。建立起中国大陆岩石圈构造变形由地壳表层向深部扩展以及由壳幔过渡带向地壳中上部扩展的岩石圈双向扩展模式。壳幔韧性剪切带既是无机成因天然气等深部流体的通道,又是地震活动区的发震构造之一,因此研究大陆岩石圈壳幔韧性剪切带具有重要学术价值和实际意义。     

大陆动力学的过去、现在和未来——理论与应用

近十年来大陆岩石圈流变学、板块下的构造和整个地幔运动、现代大陆变形动力学、大陆深俯冲动力学、"中下地壳的隧道流"、复合造山带和复合造山动力学、盆-山耦合与大陆增生、地幔物质和地幔动力学以及全球大陆科学钻探整合计划等大陆动力学研究的重要进展,表明大陆动力学是继"板块构造"之后固体地球科学发展的新的起点,建立大陆动力学新的理论体系以及为资源、能源、环境和预防地震灾害的人类需求服务,是大陆动力学发展的未来.     

Rheological stratification of the Indian continental lithosphere: Role of diffusion creep

Dynamic recrystallization and reduction in grain-size at large strains, e.g. in shear zones, leads to rheological weakening of the lithosphere and facilitates intense ductile deformation. In the present work, we include this effect into the rheological models of the Indian continental lithosphere to analyse its role in modifying the rheological structure and strength of the Indian lithosphere. The results computed by using quartz and felspar rheologies for the upper and lower crust, respectively, and grain-size dependent olivine rheology for the upper mantle, indicate an increase in the ductility of the mantle lithosphere.     

大陆岩石圈流变学研究

简单介绍了流变学的概念和两种基本研究方法,基于大陆岩石圈较大洋岩石圈有更为复杂的流变特征客观事实,指出研究大陆岩石圈流变学的重要性,并提出几个主要的研究方向和领域。     

Rheological Strength of UHP Eclogite from Dabieshan: Evidences from High p-T Experiments

ＴｈｅｈｙｐｏｔｈｅｓｉｓｏｆｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｂａｓａｌｔｔｏｅｃｌｏｇｉｔｅａｔｔｈｅｃｏｎｔｉｎｅｎｔａｌＭｏｈｏｄｉｓｃｏｎｔｉｎｕｉｔｙｉｎ 196 0ｓｅｖｅｒｂｒｏｕｇｈｔｂｒｏａｄｉｎｔｅｒｅｓｔｓｔｏｇｅｏｓｃｉｅｎｃｅｃｏｍｍｕｎｉｔｙ (ＲｉｎｇｗｏｏｄａｎｄＧｒｅｅｎ ,1996 ;ＧｒｅｅｎａｎｄＲｉｎｇｗｏｏｄ ,1972 ;ＩｔｏａｎｄＫｅｎｎｅｄｙ ,1971;ＫｕｓｈｉｒｏａｎｄＡｏｋｉ,196 8) .Ｔｈｉｒｔｙｙｅａｒｓｌａｔｅｒ ,ｗｉｔｈｔｈｅｄｉｓｃｏｖ ｅｒｉｅｓｏｆｃｏｅｓ…     

大陆中部地壳应变局部化与应变弱化

大陆岩石圈流变学研究是构造地质学学科发展的必然,也是发展板块构造理论、探索大陆板块内部变形与动力学演化的核心问题。大陆中部地壳是大陆岩石圈中一个具有特殊性的圈层,其主要成分以花岗质岩石为代表,位于岩石脆-韧性转变域。在中部地壳层次上,岩石既具有脆性变形特点,又具有韧性变形属性,而且常常表现出多种流变强度。研究成果显示,中部地壳岩石流变具有许多特殊性:1)应变局部化是中部地壳流动最为典型表现形式;2)存在大陆地壳多震层:多震与强震,显示出中部地壳既弱又强的流变学属性;3)液/岩反应强烈,流体相直接影响着岩石的流变性;4)在许多地区存在有地球物理异常体(低速高导体)。大陆中部地壳应变局部化是板块相互作用过程中地壳层次上应变积累与集中的重要表现。在宏观尺度、中小型尺度和微观尺度上都有着重要的构造特点。地壳岩石的应变弱化,是诱发应变局部化的主要机制。多种形式的水致弱化(包括液压致裂、反应弱化、水解弱化等)与结构弱化(包括细粒化、晶格取向、成分分带性等)对于应变局部化具有重要的贡献。大陆地壳岩石流变学、中部地壳弱化与应变局部化研究,是未来岩石圈流变学研究的重要方向。     

大别山超高压榴辉岩流变强度——来自高温高压实验的证据

利用Griggs型 5GPa高压仪器 ,在柯石英稳定域围压条件下 ( >3GPa)完成大别山超高压榴辉岩流变学实验 ,建立了榴辉岩流变状态本构方程 (流动律 ) : ε=Aexp( -Q/RT)σn ,应力指数 (n)为 3 .4 ,活化能 (Q)为 4 80kJ/mol,结构常数 (A)为 10 3.3.实验结果表明 :( 1)作为两相矿物组成的榴辉岩 ,其流变学强度在很大程度上取决于强相矿物 (石榴石 )和弱相矿物 (绿辉石 )含量比例 ;( 2 )天然榴辉岩塑性变形机制是以位错蠕变为主 ;( 3 )根据实验成果比较榴辉岩和上地幔方辉橄榄岩流变学强度相当 ,两者耦合在大陆深俯冲 10 0km左右深度发生拆沉作用可能性很小 ,与上地幔上隆 (upwelling)作用有关的造山期后伸展作用对超高压岩石折返更具有重要意义 .